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第13回宇宙科学シンポジウム (2013年1月8日-9日. 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所(JAXA)(ISAS)相模原キャンパス), 相模原市, 神奈川県, 13th Space Science Symposium (January 8-9, 2013. Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA)(ISAS)Sagamihara Campus), Sagamihara, Kanagawa Japan, 著者人数: 31名ほか(所属. 宇宙航空研究開発機構(JAXA): 冨田, 洋; 木村, 公; 中平, 聡志; 小浜, 光洋; 上野, 史郎), Number of authors: 31 and others(Affiliation. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA): Tomida, Hiroshi; Kimura, Masashi; Nakahira, Satoshi; Kohama, Mitsuhiro; Ueno, Shiro), 資料番号: SA6000063220, レポート番号: P4-016

Previous standards for the manufacturing inspection of railroad wheels using ultrasound, such as UIC 812, have been replaced by new standards, for example EN 13262 and RD32.144-2000, both requiring ultrasonic testing in immersion technique. These new standards require the development of an ultrasonic technique for 100% coverage of the wheel rim and wheel hub, and in special cases for both straight and curved wheel disks. In order to encompass a large variety of railroad wheel designs, inspection and handling techniques should be capable of dealing with wheel diameters ranging from 600 mm to 1300 mm (23" to 51") at testing cycles from 1 to 4 minutes per wheel. The current requirement for the minimum detectable flaw size is DSR 1 mm (disc shape reflector, DSR, 1 mm diameter) for high-speed train wheels rims and DSR 2mm for all other wheel rims. The minimum detectable flaw size for all other wheel areas (hub and disk areas) is DSR 3 mm. To meet all these criteria, the Rail Wheel Inspection (RWI) System was developed by IZFP and their partners. The system consists of an ultrasonic testing sub-system, immersion tank and transportation/handling sub-systems. Test cycles of 1 minute per wheel require two immersion tanks and two transportation/handling subsystems. The ultrasonic sub-system features modular computer-aided 6 to 16- channel UT electronics (PCUS 11) to employ 6 to 16 ultrasonic transducers (the precise number is determined by the testing procedure). This presentation paper offers descriptions of, and results from three of these systems that have been integrated into manufacturing processes at German and Russian wheel manufacturers, and provides details on the following topics: Wheel rim inspection, single-tank immersion technique, 4 minutes inspection cycle per wheel (Bochum, Germany) Wheel rim, hub and disc inspection, single-tank immersion technique, 2 minutes inspection cycle per wheel (Ilsenburg, Germany) Wheel rim, hub and disc inspection, dual-tank immersion technique, 1 minute inspection cycle per wheel (Nishny-Tagil, Russia)

Eisenbahnräder sind im Güter- und Personenverkehr hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt. Der Hochgeschwindigkeitsverkehr von Eisenbahnen sowie der Transport von kostenintensiven und gefährlichen Gütern erfordern eine hochwertige Qualität von Eisenbahnrädern als wichtige Voraussetzung für den sicheren, störungsfreien Fahrbetrieb. Hochbelastete Räder müssen den Anforderungen der europäischen Norm EN 13262 entsprechen. Sie werden mittels Ultraschall geprüft.

The underfloor testing system UFPE is used to inspect mounted ICE-wheels on a stationary train all 240.000km. After approximately 500.000 km of usage, wheel sets of the InterCityExpress (ICE) are inspected after dismounting and refurbishment by the automatic ultrasonic inspection system AURA. Single wheels are inspected during the proscess of production by the automated ultrasonic rail wheel inspection system RWI.

Radsätze von Hochgeschwindigkeitszügen (ICE u.a.) sind während ihrer Lebensdauer einer hohen dynamischen Belastung ausgesetzt. Derzeit werden die Radsätze von ICE-Zügen etwa alle 250 000 km einer zerstörungsfreien Prüfung im Bereich des Radkranzes und der Radscheibe unterzogen. Für eine neue Generation von europäischen Hochgeschwindigkeitszügen wird das zerstörungsfreie Prüfsystem »SUPRA« vorgestellt, mit dem sich Räder bei einer Überrollgeschwindigkeit von ca. 5 km/h prüfen lassen. Ein kostenintensiver Stillstand des Zuges während der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung der Räder entfällt.

Der hohen Verkehrsdichte in Deutschland entspricht die Politik und die Deutsche Bahn mit gezielten Maßnahmen zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit des Schienenverkehrs unter anderem für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (zfP) an Rädern, Radsatzwellen und Schienen. Die Prüf- und Messtechnik beeinflusst den gesamten Lebensdauerzyklus von Bahnkomponenten, beginnend bei der Auslegung, Konstruktion, Fertigung über die Lebensdauer hin zur Wartung. Das Qualitätsmanagement auf der Basis von Datenbanken hilft bei der Überwachung sicherheitstechnisch relevanter Komponenten, wie den Radsätzen im Lebensdauerzeitraum.

Continuous improvements for track-bound vehicles, particularly high-speed trains such as the ICE or the TGV, require permanent development of the safety technology which in future must meet the quality standards expected from airlines. These new requirement present also a challenge for non-destructive testing. This paper introduces the recent development of system for ultrasonic inspection of wheel-sets. The fully automated testing station, named AURA, performs inspections of the rim and disk of wheel-sets after refurbishing at the maintenance facilities. Not only is the performance standard of AURA demonstrated, but also attention is drawn to the experience gained during operation of the tree AURA testing stations.

Die für die Innenprüfung auf senkrecht zur Prüffläche ausgerichtete Risse entwickelten L.L.T-Prüfköpfe wurden zur Bestimmung der Tiefenausdehnung von Oberlächenrissen modifiziert und in einem Untersuchungsprogramm erprobt. Das Prinzip wird vorgestellt und repräsentative Meßergebnisse der Abhängigkeit der Echohöhe von der Reflektortiefe werden vergleichend mit konventionellen Impulsechoprüfköpfen diskutiert. Das Verfahren eignet sich zur Unterscheidung tiefer und kleiner (flacher) Oberflächenrisse.

Wellenumwandlungsphänomene wurden in den letzten Jahren insbesondere zum Nachweis von Oberflächen- und oberflächennahen Fehlern benutzt. Für die sogenannten Kriechwellen wurden Prüfköpfe entwickelt, erprobt und fanden auch Eingang in das KTA-Regelwerk. Weniger beachtet wurde die Nutzung der Wellenumwandlung für den Nachweis von Fehlern im Volumen von Bauteilen. Eine systematische Untersuchung der Wellenausbreitung im Innern planparalleler Bauteile zeigt, daß die Nutzung der Wellenumwandlung von einer einfallenden Longitudinalwelle in eine Transversalwelle am senkrecht zur Oberfläche orientierten Fehler eine sehr effektive Methode zum Nachweis von flächigen Rissen darstellt. Es wird gezeigt, wie mit dieser als LLT (Long-Long-Trans-)-Technik bezeichneten Methode eine Einkopfprüftechnik zum Nachweis von flächigen Fehlern entwickelt werden kann. In einem zweiten Teil sollen zur Auslegung, insbesondere zur Ermittlung der Empfindlichkeitszonen für die LLT-Technik, erste Schallfeldberechnunge n (vollelastisch) vorgestellt und mit Experimenten verglichen werden. (IZFP)

Zerstörungsfrei können z.B. Klebeverbindungen, Löt- bzw. Diffusionsschweißverbindungen, Auftragsschweißungen und Metall-Gummi-Verbindungen (im folgenden zusammenfassend "geschichtete Medien" genannt) nach dem Stand der Technik mit einer Reihe von verschiedenen Verfahren geprüft werden, die zum größten Teil aber sehr spezielle Prüfgeräte bzw. -systeme erfordern. Das vorgestellte Verfahren "Impulsechorückwanddämpfung" kommt mit handelsüblichen Ultraschallgeräten und Prüfkörpern aus. Theorie und Experimente werden an Hand von verschiedenen Prüfaufgaben aus der Praxis vorgestellt und diskutiert.

Im Teil I wurde gezeigt, wie die Wellenumwandlung am Fehler für den empfindlichen Nachweis innenliegender, senkrecht zur Bauteiloberfläche orientierter, großer Risse oder Bindefehler in Einkopftechnik genutzt werden kann. Im zweiten Teil werden die Untersuchungen auf kleine, rißartige Fehler (gleich oder kleiner Schallbündeldurchmesser) erweitert. Zunächst wird in physikalisch-elastodynamischer Näherung die Wechselwirkung einer Transversal- bzw. Longitudinalwelle mit streifen- und kreisscheibenförmigen Reflektoren beschrieben. Danach werden die Gleichungen für die Berechnung der Amplitudenortskurven und Empfindlichkeitszonen von LLT-Prüfköpfen angegeben. Es wird gezeigt, daß für große rißartige Reflektoren LLT- und Tandemtechnik vergleichbare Empfindlichkeit besitzen; die Empfindlichkeit der Impulsechotechniken ist hier deutlich geringer. Für kleine Reflektoren ist die Nachweisempfindlichkeit der LLT-Technik vergleichbar mit der der konventionellen Impulsechotechniken. Anders als die I mpulsechotechnik erlaubt die LLT-Technik jedoch eine sinnvolle Amplitudenbewertung der Anzeigen senkrechter Fehler: Die Anzeige eines Kreisscheibenreflektors steigt monoton mit dessen Durchmesser. Bei einer Prüffrequenz von 1 MHz liegt beispielsweise die Echohöhe des 3-mm-Reflektors mehr als 30 dB unter der Echohöhe einer senkrecht orientierten Bauteilstirnwand. (IZFP)